一种基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件及制备方法

本发明涉及光学器件，尤其涉及一种基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件及制备方法。

背景技术：

1、空间光调制器是一种可以对光的相位、振幅、偏振等进行调制的器件。它是由许多独立单元（像元）组成的一维或二维阵列，这些独立单元可以单独接收光信号或电信号的控制，实现光的调制。

2、根据芯片材料的不同，空间光调制器可以分为：硅基液晶空间光调制器、数字微镜空间光调制器、采用光电晶体的空间光调制器等。其中，硅基液晶空间光调制器被广泛应用，其利用了液晶的各向异性和电光特性，通过控制电信号实现光场的实时相位信息调制。

3、然而，利用硅基液晶空间光调制器进行特定相位调制时，需要额外使用到分束棱镜、反射镜等光学元件，这大大增加整个相位调制系统在空间上的纵深，导致占用空间较大；其次，利用硅基液晶空间光调制器实现多次高精度相位调制时，需要将硅基液晶空间光调制器与反射镜组合进行多次反射，导致相位调制系统的搭建难度较大。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件及制备方法，以解决现有利用硅基液晶空间光调制器的相位调制系统占用空间较大、搭建难度较大的问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、一方面，本申请提供一种基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，包括：

4、波导基板，所述波导基板为各向同性介质，用于光的全内反射传播；

5、波导耦合器，贴合于所述波导基板上，所述波导耦合器包括用于将光耦入所述波导基板的耦入光栅和用于将光耦出所述波导基板的耦出光栅，所述耦入光栅用于使光的传播方向发生改变，改变后光的波矢量在z方向的分量指向所述耦出光栅，所述耦入光栅和所述耦出光栅均为液晶偏振体全息光栅；

6、相位调制器，贴合于所述波导基板上且设置于发生全内反射的波导区域上，所述相位调制器包括液晶相位调制层或者硅基液晶空间光调制器。

7、优选的，所述耦入光栅与所述耦出光栅设置于所述波导基板的一侧或两侧。

8、优选的，所述耦入光栅与所述耦出光栅均设置于所述波导基板的一侧，所述相位调制器设置于所述波导基板的另一侧。

9、优选的，所述耦入光栅通过第一紫外线固化胶层贴合在所述波导基板上，所述耦出光栅通过第二紫外线固化胶层贴合在所述波导基板上；

10、其中，所述第一紫外线固化胶层和所述第二紫外线固化胶层均为各向同性介质，且介质折射率与所述波导基板的介质折射率相近。

11、优选的，所述液晶相位调制层设置有一个或多个；

12、所述液晶相位调制层与所述波导基板之间设置有液晶取向层，所述液晶取向层用于对所述液晶相位调制层中的液晶分子进行取向，所述液晶取向层的取向方式包括光控取向、有机摩擦取向或无机物取向。

13、优选的，所述硅基液晶空间光调制器包括cmos基板、封框胶以及液晶层；

14、所述cmos基板与所述波导基板间隔设置，且所述cmos基板的四周边缘通过所述封框胶与所述波导基板连接，所述cmos基板与所述波导基板以及所述封框胶之间形成有容纳腔，所述容纳腔内设置有所述液晶层；

15、其中，所述波导基板具有导电性。

16、另一方面，本申请一种基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件的制备方法，用于制备上述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，包括以下步骤：

17、s100：分别制备耦入光栅和耦出光栅；

18、s200：将制备好的耦入光栅和耦出光栅均贴合于波导基板上；

19、s300：在波导基板上制备液晶相位调制层或者硅基液晶空间光调制器。

20、优选的，步骤s100中，耦入光栅的制备方法具体包括：

21、s110：将光控取向剂旋涂至玻璃基板上，以形成第一取向层；其中，光控取向剂包括：肉桂酸酯类聚合物、香豆素支链聚合物、聚酰亚胺或偶氮染料支链聚合物中的至少一种；

22、s120：对第一取向层进行曝光取向；

23、s130：将可溶性液晶聚合物旋涂至第一取向层上以形成膜，通过多次旋涂的方式使膜的厚度满足要求，然后将膜紫外固化，以形成耦入光栅；

24、耦出光栅的制备方法与耦入光栅的制备方法相同。

25、优选的，步骤s200中，将制备好的耦入光栅和耦出光栅均贴合于波导基板上，具体包括：

26、s210：在波导基板上设置耦入光栅和耦出光栅的位置分别滴上紫外线固化胶；

27、s220：将耦入光栅和耦出光栅分别与对应的紫外线固化胶粘连，并对紫外线固化胶照射紫外线以形成第一紫外线固化胶层和第二紫外线固化胶层；

28、s230：将固化后的整体放置在水中浸泡预定时间，以溶解第一取向层；

29、s240：分离玻璃基板和波导基板，分离后，耦入光栅通过第一紫外线固化胶层贴合于波导基板上，耦出光栅通过第二紫外线固化胶层贴合于波导基板上。

30、优选的，步骤s300中，在波导基板上制备液晶相位调制层，具体包括：

31、s310：将光控取向剂旋涂至波导基板上，以形成第二取向层；其中，光控取向剂包括：肉桂酸酯类聚合物、香豆素支链聚合物、聚酰亚胺或偶氮染料支链聚合物中的至少一种；

32、s320：对第二取向层进行曝光取向；

33、s330：将可溶性液晶聚合物旋涂至第二取向层上以形成膜，通过多次旋涂的方式使膜的厚度满足要求，然后将膜紫外固化，以形成液晶相位调制层；

34、在波导基板上制备硅基液晶空间光调制器，具体包括：

35、s340：在波导基板与cmos基板之间设置封框胶以形成液晶盒；

36、s350：在真空条件下将液晶聚合物注入液晶盒中并密封液晶盒，以形成液晶层。

37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

38、通过使用液晶偏振体全息光栅作为耦入光栅将光耦入波导基板内进行全内反射传播，在发生全内反射的波导区域上覆盖折射率匹配的液晶相位调制层或硅基液晶空间光调制器，从而实现对波导基板内光束的片上集成化相位调制，最后通过使用液晶偏振体全息光栅作为耦出光栅将光耦出波导基板；该相位调制器件实现了光的传播路径的高度集成化，避免了传统相位调制系统中使用分束棱镜、反射镜等光学元件所带来的占用空间大的问题，同时简化了整体结构，降低了系统搭建难度。

技术特征：

1.一种基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，其特征在于，所述耦入光栅（11）与所述耦出光栅（12）设置于所述波导基板（20）的一侧或两侧。

3.根据权利要求2所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，其特征在于，所述耦入光栅（11）与所述耦出光栅（12）均设置于所述波导基板（20）的一侧，所述相位调制器设置于所述波导基板（20）的另一侧。

4.根据权利要求1所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，其特征在于，所述耦入光栅（11）通过第一紫外线固化胶层（110）贴合在所述波导基板（20）上，所述耦出光栅（12）通过第二紫外线固化胶层（120）贴合在所述波导基板（20）上；

5.根据权利要求1所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，其特征在于，所述液晶相位调制层（31）设置有一个或多个；

6.根据权利要求1所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，其特征在于，所述硅基液晶空间光调制器（32）包括cmos基板（321）、封框胶（322）以及液晶层（323）；

7.一种基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件的制备方法，其特征在于，用于制备权利要求1-6任一项所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，包括以下步骤：

8.根据权利要求7所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件的制备方法，其特征在于，步骤s100中，耦入光栅（11）的制备方法具体包括：

9.根据权利要求8所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件的制备方法，其特征在于，步骤s200中，将制备好的耦入光栅（11）和耦出光栅（12）均贴合于波导基板（20）上，具体包括：

10.根据权利要求7所述的基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件的制备方法，其特征在于，步骤s300中，在波导基板（20）上制备液晶相位调制层（31），具体包括：

技术总结
本发明涉及光学器件技术领域，尤其涉及一种基于液晶偏振体全息光栅的相位调制器件，包括：波导基板，波导基板为各向同性介质，用于光的全内反射传播；波导耦合器，贴合于波导基板上，波导耦合器包括用于将光耦入波导基板的耦入光栅和用于将光耦出波导基板的耦出光栅，耦入光栅和耦出光栅均为液晶偏振体全息光栅；相位调制器，贴合于波导基板上且设置于发生全内反射的波导区域上，相位调制器包括液晶相位调制层或者硅基液晶空间光调制器。本发明公开的相位调制器件实现了光的传播路径的高度集成化，避免了传统相位调制系统中使用分束棱镜、反射镜等光学元件所带来的占用空间大的问题，同时简化了整体结构，降低了系统搭建难度。

技术研发人员：姚立胜,张万隆,袁小聪
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23